新药新剂型设计.doc

新药新剂型设计姓名班级学号1.简述生物体内化学信号分子的种类和作用，举1-2例说明针对化学信号分子在体内的转导过程进行合理药物设计的方法。化学信号分子的种类：根据信号分子的溶解性分为水溶性信息和脂溶性信息，前者作用于细胞表面受体，后者要穿过细胞质膜作用于胞质溶胶或细胞核中的受体。激素是由内分泌细胞（如肾上腺、睾丸、卵巢、胰腺、甲状腺、甲状旁腺和垂体）合成的化学信号分子，一种内分泌细胞基本上只分泌一种激素，参与细胞通讯的激素有三种类型：蛋白与肽类激素、类固醇激素、氨基酸衍生物激素。 通过激素传递信息是最广泛的一种信号传导方式，这种通讯方式的距离最远，覆盖整个生物体。在动物中，产生激素的细胞是内分泌细胞，所以将这种通讯称为内分泌信号（endocrine signaling）。 局部介质（local mediators）局部介质是由各种不同类型的细胞合成并分泌到细胞外液中的信号分子，它只能作用于周围的细胞。通常将这种信号传导称为旁分泌信号以便与自分泌信号相区别。有时这种信号分子也作用于分泌细胞本身，如前列腺素（prostaglandin，PG）是由前列腺合成分泌的脂肪酸衍生物（主要是由花生四烯酸合成的），它不仅能够控制邻近细胞的活性，也能作用于合成前列腺素细胞自身，通常将由自身合成的信号分子作用于自身的现象称为自分泌信号（autocrine signaling）。 神经递质（neurotransmitters）神经递质是由神经末梢释放出来的小分子物质，是神经元与靶细胞之间的化学信使。由于神经递质是神经细胞分泌的，所以这种信号又称为神经信号（neuronal signaling）。 化学信号分子作用：多细胞生物中有几百种不同的信号分子在细胞间传递信息，这些信号分子中有蛋白质、多肽、氨基酸衍生物、核苷酸、胆固醇、脂肪酸衍生物以及可溶解的气体分子等。 其实，信号分子本身并不直接作为信息，它的基本功能只是提供一个正确的构型及与受体结合的能力，就像钥匙与锁一样，信号分子相当于钥匙，因为只要有正确的形状和缺齿就可以插进锁中并将锁打开。至于锁开启后干什么，由开锁者决定了。如抗抑郁药氟西汀。此药被开发用于替代单胺氧化酶抑制剂（MAOI）和19世纪50年代出现的三环类抗抑郁药，因为这两类药物相对来说作用不特异，临床应用会导致明显的副作用。5-羟色氨是脑部分泌的一种荷尔蒙，会影响我们的情绪、睡眠和食欲，造成脑中的血清素不平衡时需5-羟色氨酸来维持身体处于正常状态。因此含量太低则容易忧郁、焦虑及睡眠失调。当时研究人员普遍认为，只要增加5-羟色胺的神经释放、研制某些可以抑制神经突触处5-羟色胺摄入的抗组胺药物或提高5-羟色胺的有效浓度，即可起到有效抗抑郁作用。基于这一理论，由抗组胺药物盐酸苯海拉明衍生而来的候选化合物被先后合成，并发现了选择性5-羟色胺再摄取抑制剂（SSRI）氟西汀。又如乙酰胆碱酯酶抑制剂的研究。胆碱能神经兴奋时释放进入神经突触间隙的未结合于受体上的游离乙酰胆碱会被乙酰胆碱酯酶（AChE）迅速催化水解，终结神经冲动的传递。抑制AChE将导致乙酰胆碱的积聚，从而延长并增强乙酰胆碱的作用。可逆性胆碱酯酶抑制剂在临床上主要用于治疗重症肌无力和青光眼，新近开发的乙酰胆碱酯酶抑制类药物则主要用于抗老年性痴呆。2.举例说明体内代谢在新药设计中的应用。药物研究是一个复杂的过程，可以有多种不同方法、技术和策略，但都有一个共同的目标，即开发新的治疗疾病的药物。药物代谢与药物动力学作为药理学的重要分支在药物的发现及开发过程中起到越来越重要的作用。 为了避免先导化合物出现口服吸收不佳、生物转化多态性、配伍用药可能出现交互反应及毒性等缺点，应该用体外(in vitro)、体内(in vivo)及计算机模拟(in silico)的方法对先导物的药物代谢和药物动力学特征进行早期高通量快速评价，评价内容包括口服吸收特征、首过效应、血浆蛋白结合率、透过血脑屏障的能力、代谢稳定性、药物代谢酶、对代谢酶的诱导和抑制、生物转化多态性、药物间相互作用、细胞毒性、代谢产物的活性及毒性等吸收、分布、代谢、排泄及毒性(absorption，distribution，metabolism，excretion and toxicity，ADMET)性质等。药物对CYP450等药物代谢酶的诱导或抑制是临床上产生药物-药物相互作用，引起多种严重不良反应的根本原因。将药物代谢及药物动力学评价用于新药的设计与发现，利用此方法发现了新的非甾体抗炎药水杨酸糖苷甲酯类化合物，并证明了其良好的药理活性及较小的胃肠道不良反应，在非甾体抗炎药的研究中提供一种新型的有效化合物和研发思路。化合物对CYP450诱导作用的高通量评价方法研究及应用 CYP450是人体内代谢清除药物等外源物的主要代谢酶，对于保护机体免受外源物毒性起到重要作用。同样，核受体介导的CYP450诱导表达也是一种对机体的反馈性保护反应，但在当前联合用药被普遍应用的状况下，这种保护性反应却会造成药物与药物的代谢性相互作用。因此，在药物发现及开发的早期阶段及早预测化合物的这种代谢性质，及时阻止可诱导CYP450的化合物进入开发阶段或进行选择性开发，将可以大大减少临床上发生药物代谢性相互作用的机率，从而增加患者用药的安全性，同时也可以提高药物开发的成功率，降低开发成本。 为了能更加快速、简单且高通量检测大量化合物诱导CYP450的能力，首次建立了基于荧光偏振的评价PXR-配体-共激活子结合的方法，其基本原理为当核受体与配体结合后，核受体构象会发生改变，从而促进了受体与共激活子的结合。利用核受体LBD及共激活子的LXXLL基序并采用荧光偏振的方法来筛选核受体的配体，不仅适用于PXR，而且适用于所有代谢性核受体，包括“感受”外源物的核受体，如CAR，以及“感受”内源性代谢物的核受体，包括VDR、PPAR、LXR、LRH-1、FXR。此平台的建立不仅可以对化合物诱导药物代谢酶的性质进行评价，同时还可以发现用于调控与代谢相关的基因而治疗代谢性疾病的药物。 应用建立的模型，对实验室高通量筛选平台中筛选得到的先导物进行了评价，其中两个化合物可以使PXR与共激活子体系的荧光偏振值升高，在用其他模型进行进一步的确证的基础上，我将对此两个化合物的开发前景进行重新评价。若两个化合物诱导CYP450的能力得到确证，那么它们有可能产生药物-药物相互作用，需要将它们从先导物中剔除化合物对CYP450抑制作用的高通量评价方法研究及应用 药物对CYP450的抑制是产生药物-药物相互作用的另一个主要原因。当某种药物抑制CYP450活性时，通过这种CYP450代谢的其他药物的代谢也被抑制，从而导致这些药物的血浆浓度增加，血浆药物浓度的升高在临床上往往会使其毒性增加。因此，在药物发现阶段及早预测一种化合物是否抑制某种或多种CYP450，对于评价此化合物的开发前景或在药物上市后预测可能发生的药物-药物相互作用方面有重要意义，从而可以提高新药开发成功率或增强临床用药安全性。 使用异源重组的人CYP450及荧光探针底物以高通量的方式筛选CYP450抑制剂是对药物抑制CYP450性质进行评价的发展趋势，建立以此为基础的代谢性质评价平台也是必然要求。在此平台中最难以获得的是异源表达的CYP450，酵母逐渐成为最适合于CYP450表达的异源表达体系，尝试利用基因组中含有NADPH-CYP450还原酶(CPR)基因的WHT酵母菌进行人主要CYP450的表达，从而解决了需要外源加入CPR的问题。在使用荧光探针底物的基础上，摸索了利用微孔板(96孔板)进行高通量CYP450抑制剂筛选的方法，这将使评价化合物或先导物抑制CYP450性质的通量大大增加，这种方法成为评价化合物抑制CYP450性质的最方便、快速、通量最高的方法。建立了化合物抑制CYP450性质高通量评价的技术平台，在研究材料进一步完善的基础上，将建立起可用于评价化合物抑制多种CYP450(CYP1A2、CYP2D6、CYP2C9、CYP2C19及CYP3A4等)性质的完善平台。 应用酵母表达的CYP2C19及其荧光探针底物OMF，对实验室高通量筛选平台中筛选得到的先导物进行了评价，结果表明70个先导物在200M时抑制人CYP2C19的能力均不超过50，因此它们都不是人CYP2C19的抑制剂。药物代谢在药物发现中的应用新型非甾体抗炎药(non-steroidal anti-inflammatory drugs，NSAIDs)水杨酸糖苷甲酯的发现 药物代谢及药代动力学研究不仅可用于剔除代谢性质不佳的化合物，而且可以用于设计及发现具备“成药性”的化合物。基于药物代谢理论的“前药”设计方法被广泛用于设计及发现药物胃肠道不良反应较小的药物，母体药物在进入体内后而释放出活性代谢产物，从而避免活性成分对胃肠道的直接刺激。将“前药”理论用于新型非甾体抗炎药的发现，以解决长期困扰这类药物的胃肠道不良反应问题。 从1899年上市的aspirin到20世纪末的罗非昔布、塞来昔布等COX-2选择性抑制剂，NSAIDs经历了100多年的发展历史，而从aspirin的胃肠道不良反应到COX-2选择性抑制剂的心血管不良反应则是NSAIDs发展过程中一直面对的难题。NSAIDs 100年的发展历史证明aspirin仍然是最好的药物，唯一限制aspirin用于治疗风湿性疾病的一点是aspirin在发挥抗炎活性的同时抑制了粘膜保护性的COX-1，所以会引起严重的胃肠道不良反应。因此认为在体内可以生成水杨酸而又对COX活性无影响的前体化合物，将可能成为活性好而不良反应较少的药物。因为此类化合物既不会有aspirin的胃肠道不良反应，也避免了水杨酸的刺激性，同时也不会像选择性抑制剂一样打破PGI_2与TXA_2之间的平衡而引起心血管疾病。对样品库中化合物的结构进行分析，发现从中国传统民族药滇白珠中分离得到的化合物gaultherin、MSTG-A及MSTG-B可能为具有这种特点的化合物。对他们的代谢特点及药理活性进行研究，以确定它们是否有可能成为新的非甾体抗炎药。通过代谢的方法证实了此类化合物可以分别经肠道菌所产生的-糖苷酶及体内的羧酸酯酶成功地代谢产生活性成分水杨酸，由于水杨酸对粘膜保护性的COX-1无抑制作用，因此不会引起胃肠道不良反应，甚至有研究者证明水杨酸对胃肠道粘膜具有保护作用。此外，这些化合物主要在小肠代谢且代谢速率较慢，避免了对胃的刺激性且延长了药物作用时间。在当前NSAIDs发展前景比较迷茫的情况下，gaultherin、MSTG-A及MSTG-B的发现或许为其发展方向提供了一个新思路。3.简述新临床候选药物研究与开发的过程及主要技术要求。研究阶段包括四个重要环节，即靶标的确定，模型的建立，先导化合物的发现，先导化合物的优化。开发阶段主要包括：临床前实验、新药的临床研究（包括、四个阶段）。区分两个阶段的标志是候选药物的确定，确定候选药物之前为研究阶段，确定之后的工作为开发阶段。候选药物是指拟进行系统的临床前试验并进入临床研究的活性化合物。药物筛选是现代药物开发流程中检验和获取具有特定生理活性化合物的一个步骤，系指通过规范化的实验手段从大量化合物或者新化合物中选择对某一特定作用靶点具有较高活性的化合物的过程。筛选模型就是在药物筛选实验中所应用的药理实验模型，由于药物筛选要求实验方案有标准化和定量化的特征，因而在传统药理实验中常见的动物实验在药物筛选中较少应用，根据实验模型的不同，药物筛选可以分为生化水平的筛选和细胞水平的筛选。高通量筛选最初是伴随组合化学而产生的一种药物筛选方式。高通量筛选技术可以在短时间内对大量候选化合物完成筛选，经过近十年的发展，已经成为比较成熟的技术，不仅仅应用于对组合化学库的化合物筛选，还更多地应用于对现有化合物库的筛选。虚拟药物筛选是药物筛选技术发展的另一个方向，由于实体的药物筛选需要构建大规模的化合物库，提取或培养大量实验必须的靶酶或者靶细胞，并且需要复杂的设备支持，因而进行实体的药物筛选要投入巨额的资金，虚拟药物筛选是将药物筛选的过程在计算机上模拟，对化合物可能的活性作出预测，进而对比较有可能成为药物的化合物进行有针对性的实体体筛选，从而可以极大地减少药物开发成本。根据计算原理，虚拟药物筛选分为基于小分子结构的筛选和基于药物作用机理的筛选两类，前者通过对已知具有相同作用机理的化合物进行定量构效关系研究，绘制出药物的药效团模型，依照模型对化合物数据库进行搜索，这种筛选技术本质上是一种数据库搜索技术；后者主要应用分子对接技术，实施这种筛选需要获知药物作用靶标的分子结构，通过分子模拟手段计算化合物库中的小分子与靶标结合的能力，预测候选化合物的生理活性。建立合理的药效团模型、准确测定或预测靶标蛋白质的分子结构、精确和快速地计算候选化合物与靶标相互作用的自由能变化是进行虚拟药物筛选的关键，也是限制虚拟筛选准确性的瓶颈。靶标的确定。药物的靶标包括酶、受体、离子通道和核酸等。目前，较为新兴的确认靶标的技术主要有两个。一是利用基因重组技术建立转基因动物模型或进行基因敲除以验证与特定代谢途径相关或表型的靶标。这种技术的缺陷在于，不能完全消除由敲除所带来的其他效应（例如因代偿机制的启动而导致的表型的改变等）。二是利用反义寡核苷酸技术通过抑制特定的信使RNA对蛋白质的翻译来确认新的靶标。例如嵌入小核核糖核酸（snRNA）控制基因的表达，对确证靶标有重要作用。模型的确立。通常要制订出筛选标准，如果化合物符合这些标准，则研究项目继续进行；若未能满足标准，则应尽早结束研究。一般试验模型标准大致上有：化合物体外实验的活性强度；动物模型是否能反映人体相应的疾病状态；药物的剂量（浓度）效应关系，等等。可定量重复的体外模型是评价化合物活性的前提。近几年来，为了规避药物开发的后期风险，一般同时进行药物的药代动力模型评价（ADME评价）、药物稳定性试验等。4.先导化合物发现与结构优化的主要途径与方法有哪些？定 义：指通过生物测定，从众多的候选化合物中发现和选定的具有某种药物活性的新化合物，一般具有新颖的化学结构，并有衍生化和改变结构发展潜力，可用作研究模型，经过结构优化，开发出受专利保护的新药品种。定 义2：有独特结构且具有一定生物活性的化合物。先导化合物发现的主要途径与方法。一、从天然产物活性成分中发现先导化合物。植物来源，如解痉药阿托品是从茄科植物颠茄、曼陀罗及莨菪等中分离提取的生物碱。微生物来源，如青霉素动物来源，如替普罗肽是从巴西毒蛇的毒液中分离出来的，具有降压作用。海洋药物来源，如Eleutherobin是从海洋柳珊瑚中得到的，具有抑制细胞微管蛋白聚合作用。二、通过分子生物学途径发现先导化合物如在组胺的基础上发展的H1受体拮抗剂和H2受体拮抗剂。三、通过随机机遇发现先导化合物如青霉素、受体阻断剂四、从代谢产物中发现先导化合物如由偶氮化合物磺胺米柯定发现磺胺类药物，阿司咪唑进一步发现诺阿司咪唑五、从临床药物的副作用或者老药新用途中发现由异丙嗪发现吩噻嗪类抗精神病药物六、从药物合成的中间体发现先导化合物先导化合物结构优化主要途径与方法。通过优化药用减少毒性和副作用可以使其转变为一种新药的化合物。一旦通过基因组学和药理学方法发现和证实了一个有用的治疗靶子，识别先导化合物是新药开发的第一步。一般的，很多潜在化合物被筛选，大量紧密结合物被识别。这些化合物然后经过一轮又一轮地增加严格性的筛选来决定它们是否适合于先导药物优化。一旦掌握了很多先导物，接下来就进入优化阶段，这需要做三件事：应用药物化学提高先导物对靶子的专一性；优化化合物的药物动力性能和生物可利用率；在动物身上进行化合物的临床前的试验。简称先导物，又称原型物，是通过各种途径得到的具有一定生理活性的化学物质。先导化合物的发现和寻找有多种多样的途径和方法。因先导化合物存在着某些缺陷，如活性不够高，化学结构不稳定，毒性较大，选择性不好，药代动力学性质不合理等等，需要对先导化合物进行化学修饰，进一步优化使之发展为理想的药物，这一过程称为先导化合物的优化。一、药动学方面的优化：优化生物利用度（一）改变结构调节药物代谢：易变部位是代谢部位，如酯、内酰胺环。1.引入易变结构改变药物的生物半衰期超短时麻醉药：用-S-代替-O-甲苯磺丁脲（5.5小时）氯磺丁脲（33小时）2.保护或置换易变结构，使之延效或稳定化 ：在邻近部位引入障碍取代基，以阻止水解，如利多卡因 3.引入选择性生物致活或失活结构，提高药物的选择性：如有机磷杀虫药（胆碱酯酶抑制剂，对中枢系统有毒，引入羧酸酯基，在人体内易水解，植物体内水解慢）但抗肿瘤药不易作到，因肿瘤组织无特异性酶。 （二）改变结构调节药物转运1.引入限制转运的结构部分，控制药物分布降低毒性 ：引入离子化基团，